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1、土的压缩性试验 与压缩指标土体产生压缩的原因：(1)固体颗粒的压缩； (2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的 溶解； (3)孔隙水和孔隙气体的排出； 纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计； 土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。 土体受力后引起的变形： 体积变形 剪切变形 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土 体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。 剪切变形 ： 主要由剪应力引起，当剪应力超 过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时 的变形将不断发展。建筑物通过基础将荷载传给地基，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的沉降。 地基、基础设计的变形原则： SS通常在地基中是不允许发生大范围剪
2、切破坏。总沉降 S ：初始(瞬时)沉降Sd固结沉降Sc次固结沉降SsS Sd十Sc十Ss 地基沉降的组成一、侧限（单向）压缩试验：单向固结仪：应力状态： 1 Z 2K0 Z 3K0 Z应变特性： Z x=0 y=0水槽内环环刀透水石 试样传压板百分表测定： 轴向应力 轴向变形透水孔 杠杆式压缩仪： 400600kpa 高压固结仪： 16005000kpa施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载水槽内环环刀透水石 试样传压板百分表测定： 轴向应力 轴向变形试验结果：设设V Vs s=1, =1, 由三相图可得由三相图可得: :施加施加 / /前试件中的固体体积前试件中的固体体积V Vs s: :(
3、a)(a)施加施加 / /后后(b)(b)侧向侧向 =0, A=A=0, A=A/ /, , V Vs s= V= Vs s/ /因此因此e试件横截面积试件横截面积A A三相草图三相草图土粒土粒孔隙孔隙H H0 0e01S试验资料处理：(1): 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系 曲线，简称ep曲线。 (2): elgp曲线、 elnp曲线。（1）e P 曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0eP0100200 3004000.60.70.80.91.0eKpa-1，Mpa-1压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩性不同的土，其压缩曲线的形 状是不一样的。曲线愈陡，说明随
4、 着压力的增加，土孔隙比的减小愈 显著，因而土的压缩性愈高。 一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外 荷作用下的土中应力p2 (自重应力与附加应力之 和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩 性可用割线斜率代替。P0100200 3004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比较土的 压缩性大小土的类别类别a1-2 (MPa- 1)高压缩压缩 性 土0.5中压缩压缩 性 土0.10.5低压缩压缩 性 土0.1PP0100200 3004000.60.70.80.91.0e侧限压缩模量,KPa ,MPa压缩模量：土在完全侧限条件下的 竖向附加压应力与相应 的应变增量之比值（
5、MPa)。即： 土的类别类别ES (MPa)高压缩压缩 性土 4中压缩压缩 性土415低压缩压缩 性土150100200 3004000.60.70.80.91.0e体积压缩系数 KPa-1 ，MPa-1Es的倒数成为土的体 积压缩系数mv，表 示单位压应力变化 引起的单位体积变 化。亦即： P单向压缩试验的各种参数的关系指标 指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1(2)、e lgP 曲线10010000.60.70.80.9eeP 曲线缺点：压力区间较小特点：有一段较长的直线段lgP(2)、e lgP 曲线100100
6、00.60.70.80.9eCc1压缩指数对直线段：压缩指数的单位问题lgPCc 是无量纲系数，同压缩系数a 一样，压缩 指数Cc值越大，土的压缩性越高。 虽然压缩系数a 和压缩指数Cc 都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取 的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在 较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。 压缩系数与压缩指数(1) 土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形 两部份组成 (2)回弹曲线和再压线曲线构成 一迴滞环，土体不是完全弹性 体的又一表征； (3)回弹和再压缩曲线比压缩曲 线平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过b点， 再压缩曲线就趋于初始压缩曲
7、 线的延长线。 再压缩试验时土体体积变化特征：10010000.60.70.80.9eCc11CeCe回弹指数（再压缩指数）Ce Cc， 一般粘性土的Cc值在1.0 左右, Ce0.1-0.2Cc迴滞环、割线与回弹指数：lgP弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭 气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。 塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔 隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。 土体变形机理非常复杂 ，土体不是理想的弹塑 性体，而是具有弹性、 粘性、塑性的自然历史 的产物。应力-应变关系的假定 以某种粘土为例1Es1 Ee非线性弹塑性体1 1、试验目的：、试验目的：a
8、 a、测定土的应力测定土的应力应变关系和抗剪强度应变关系和抗剪强度b b、测定土的孔压系数测定土的孔压系数A A、B B不排水试验只施加不排水试验只施加 试件上试件上只施加只施加 二、三轴压缩试验试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或 孔隙水压力测定： 轴向应变 轴向应力 体变或孔隙水压力类类型施加3时时施加13时时量测测固结结排水固结结排水体变变固结结不排水固结结不排水孔隙水压压力不固结结不排水不固结结不排水孔隙水压压力三轴压缩试验的应力应变关系v以某种粘土固结排水试验为例：与围压有关 非线性 弹塑性 剪胀性土受力以后为什么会表现出上述变形特性？土的特殊性
9、 弹性变形：体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。 接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压 塑性变形 大孔隙消失 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂ZZ线弹性体加载2 2、变形模量：无侧限条件下、变形模量：无侧限条件下E1单位：KPa ,MPape卸载变形模量又分为：变形模量又分为：切线变形模量切线变形模量E Et t割线变形模量割线变形模量E Esese初始变形模量初始变形模量E Ei i割线变形模量与弹性模量的关系： 变形模量：E （对土体而言） 弹性模量：E （对弹性材料而言）泊松比泊松比: :三轴压缩 土
10、的变形模量随 竖向压力的增加 而减小，即土的 压缩性增大 侧限压缩 土的侧限变形模 量随竖向压力的 增加而增大，即 土的压缩性减小两类试验方法的模量比较侧限三轴 土的变形模量与压缩模量的关系 区别 试验条件不同：土的变形模量E是土体在 无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压 缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力与 应变的比值。 联系二者同为土的压缩性指标，在理论上是完 全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出 土的变形模量与压缩模量的关系： 由广义虎克定律：由广义虎克定律：在在侧限压缩试验中，侧限条件：侧限压缩试验中，侧限条件：换算为：换算为：换算为：换算为：其中：其中：土的种类类和状态态
11、砾类砾类 土（碎石土）0.180.250.150.20砂土0.250.330.200.25轻亚轻亚 粘土（粉土）0.330.25亚亚粘土（粉 质质粘土）坚坚硬状态态0.330.25可塑状态态0.430.30软软塑或流塑状 态态0.530.35粘土坚坚硬状态态0.330.25可塑状态态0.530.35软软塑或流塑状 态态0.720.42土的K0及的参考值值1 1、载荷试验分类：、载荷试验分类：静载荷试验、平板载荷试验静载荷试验、平板载荷试验2 2、目的：测定土的变形模量、目的：测定土的变形模量三、现场载荷试验现场载荷试验千斤顶荷载板现场载荷试验试验装置： 加荷系统：承压板：10001000 70
12、7707 500500 反力系统：堆载、地锚、拉杆 矩形 圆形 千斤顶：测量系统：百分表、固定支架加荷要求： 每级2550KPa 不少于8级 不少于3点 连续24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h试验成果： PS曲线：P(kpa )S(mm)0停止试验的标准 （地层被压坏的标准） 1、承压板周围土体明显侧向挤出（砂） 2、承压板周围土体发生明显裂纹（粘） 3、在施加某一级荷载时，沉降量急剧增大 ，PS 曲线出现陡降段 4、在某一挤压力作用下，24小时内沉降随 时间近乎等速增加 5、总沉降量S超过0.06BpcrpuS荷载沉降曲线 PS曲线分析： 1、oa段：压密弹性 变形阶段 2、ab段：塑性变形 （局部剪切）阶段 3、bc段：破坏阶段a bc比例极限荷载 （临塑荷载）极限荷载又称横压试验，其原理与载荷试验差不多，只不过又称横压试验，其原理与载荷试验差不多，只不过 将竖向加载改为水平加载。将竖向加载改为水平加载。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。四、旁压试验旁压试验水箱 量测钻孔内进行横 向载荷试验, 用以测定较深 处土层的变形 模量和承载力V0 V0VPh puh pcr poh 渐变型曲线 s/b = 0.010.015低压 缩性土 s/b = 0.02高压缩性土 P123图
